физика

В.К. Герасимов, Т.О. Миронова, Ю.Б. Пейсахов, Т.П. Привалова. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2015. – 146 с.

10.Гришкевич, А.Е. Оптика: учебное пособие к выполнению лабораторных работ / А.Е. Гришкевич, Т.Н. Хоменко, В.Г. Речкалов, А.Е. Чудаков; под ред. В.П. Бескачко. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,

2008. – 60 с.

11.Герасимов, В.К. Физика Т.3: Оптика и атомная физика: учебное пособие для изучения курса физики, выполнения контрольных и лабораторных работ: в 3 т. / В.К. Герасимов, Т.О. Миронова, Ю.Б. Пейсахов,

Т.П. Привалова. – 130 с. Сайт ЗИЭФ ЮУрГУ – http://zief.susu.ac.ru.

10. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 5

Студент ЗИЭФ решает 7 задач своего варианта, номер которого совпадает с последней цифрой шифра. Номера задач, соответствующих каждому варианту, представлены в табл. 13.

10.1. Таблица вариантов контрольной работы №5

10.2.Рекомендации к решению задач по разделу «Оптика»

1.Текст задачи следует внимательно прочитать, чтобы выяснить, какое физическое явление рассматривается в задаче. Полезно изобразить схематический чертеж или рисунок.

2.Ознакомьтесь с основными формулами для данного явления.

Выясните, можно ли применить законы сохранения (ЗСИ, ЗСЗ, ЗСЭ) –

для этого проверьте, выполняются ли в задаче условия применения закона. Выпишите законы и формулы, пригодные для решения данной задачи.

3.Запишите краткое условие задачи, выбирая для обозначения данных

иискомых величин символы, которые будут использованы в формулах.

4.Задачу следует решать, как правило, в общем виде, чтобы получить расчетную формулу определяемой величины, содержащую символы заданных величин и физических постоянных.

5. Вычисление определяемой величины начинайте с подстановки в расчетную формулу значений величин. При этом следует помнить,

101

что большинство физических величин имеют свои единицы измерения. Полезно записывать их при подстановке в формулу, чтобы убедиться, что все величины взяты в единицах СИ. Только при вычислении отношений,

но одинаковых единицах, т. е. не обязательно в СИ. Если определяемых величин несколько, то вывод расчетной формулы для следующей величины начинайте, закончив вычисление предыдущей.

6.Полезно выполнять проверку расчетной формулы на совпадение единиц измерения левой и правой части равенства. Несовпадение единиц указывает на ошибку в расчетной формуле.

7.Вычисление и запись результата делайте с точностью до двух или трех (не более) значащих цифр. Незначащие нули записывайте в виде

сомножителя 10± . При этом, если показатель степени n соответствует приставке, используйте её: например, = 5,3 ∙ 10−5 Дж = 53 ∙ 10−6 Дж = 53 мкДж; λ = 5,5 ∙ 10−7 м = 0,55 ∙ 10−6 м = 0,55 мкм = 550 нм. Помните,

что точность результата вычислений не может быть выше, чем точность исходных данных. Рекомендации по выполнению расчетов при решении задач подробно изложены в п. 1.6 (см. с. 12-15).

8. Оцените разумность полученного значения искомой величины одним из следующих путей: а) по физическому смыслу; б) сравнением с табличным значением или, по порядку величины, с числами, приведенными в рекомендациях к решению задач по данной теме.

Определите собственную циклическую частоту контура ω0, период колебаний и полную энергию колебаний.

502. В идеальном колебательном контуре (ИКК) заряд конденсатора

заряда m и максимальный ток в контуре m.

503. Максимальный ток в идеальном колебательном контуре (ИКК)

конденсатора емкостью = 2 мкФ и катушки индуктивностью = 0,4 Гн, передали энергию = 4 Дж. Определите амплитудные значения зарядаm, напряжения m и тока m в контуре, а также действующие значения тока д и напряжения д.

102

и индуктивностью = 5 мГн амплитуда колебаний заряда конденсатораm = 1,0 мкКл. Определите собственную циклическую частоту ω0, период колебаний и полную энергию колебаний.

507. В идеальном колебательном контуре (ИКК) заряд конденсатора

заряда m и максимальный ток в контуре m.

508. Максимальный заряд на обкладках конденсатора в идеальном колебательном контуре (ИКК) m = 1,0 нКл, а амплитуда колебаний токаm = 5 мА. Определите собственную циклическую частоту контура ω0

ипериод колебаний в данном ИКК.

509.Идеальному колебательному контуру, состоящему из

2 sin(2π ∙ 107 ), мА. Определите циклическую частоту ω и длину волны излучающейся электромагнитной волны.

511. Между стеклянной пластинкой и лежащей на ней плосковыпуклой

от пленки свет максимально усилен вследствие интерференции. Определите минимальную толщину пленки min, если показатель преломления материала пленки = 1,4.

513. В опыте Юнга расстояние от щелей до экрана = 1 м; длина волны света λ0 = 0,6 мкм. Определите расстояние между щелями, если

на участке экрана длиной = 1 см укладывается = 10 темных интерференционных полос.

514. На стеклянную пластинку положена выпуклой стороной плосковыпуклая линза. Сверху линза освещена монохроматическим светом с длиной волны λ = 500 нм. Определите радиус линзы , если

103

радиус четвертого темного кольца Ньютона в отраженном свете 4 = 2,0 мм.

515. На тонкую глицериновую пленку с показателем преломления

516.На стеклянную линзу объектива с показателем преломления л = 1,7 нанесена тонкая прозрачная пленка вещества с показателем

преломления пл = 1,3. Объектив освещен падающим на него нормально пучком света с длиной волны λ0 = 0,60 мкм. Определите наименьшую толщину пленки min, при которой отраженный свет будет иметь минимальную интенсивность.

517.На тонкий стеклянный клин с показателем преломления = 1,6 падает нормально параллельный пучок света с длиной волны λ = 500 нм. Расстояние между соседними темными интерференционными полосами

вотраженном свете = 0,5 мм. Определите угол α между поверхностями клина.

518.Плосковыпуклая стеклянная линза с радиусом кривизны = 30 см лежит выпуклой стороной на стеклянной пластинке. Радиус пятого темного

кольца Ньютона в отраженном свете 5 = 1,1 мм. Определите длину световой волны λ.

519.Между двумя плоскопараллельными пластинками на расстоянии

= 10 см от линии их соприкосновения находится проволока диаметром= 10 мкм. Пластинки, образующие воздушный клин, освещаются нормально падающим монохроматическим светом с длиной волны λ = 0,60 мкм. Определите ширину интерференционных полос, наблюдаемых

вотраженном свете.

520.Установка для наблюдения колец Ньютона освещается нормально падающим монохроматическим светом с длиной волны λ = 590 нм.

Определите толщину воздушного промежутка 3 в том месте, где

вотраженном свете наблюдается третье светлое кольцо.

521.Какое наименьшее число щелей min должна содержать дифракционная решетка, чтобы в спектре второго порядка можно было видеть раздельно две желтые линии натрия с длинами волн λ1 = 589,0 нм

монохроматический свет. Постоянная дифракционной решетки в 4, 6 раза больше, чем длина световой волны λ. Определите общее число дифракционных максимумов, которые теоретически можно наблюдать в данном случае.

104

523. На дифракционную решетку по нормали к ней падает параллельный пучок белого света. Спектры третьего и четвертого порядка частично накладываются друг на друга. Определите длину волны λ4 спектральной линии в спектре четвертого порядка, на которую

накладывается линия границы спектра третьего порядка: λ3 = 780 нм? 524. На дифракционную решетку, содержащую = 600 штрихов

на одном миллиметре длины, падает нормально белый свет. Линзой, помещенной вблизи решетки, дифракционный спектр проецируется на экран. Определите длину спектра первого порядка на экране, если

расстояние от линзы до экрана = 1,2 м. Длины волн границ видимого

спектра: λкр = 780 нм, λфиол = 400 нм.

525. На грань кристалла каменной соли падает параллельный пучок рентгеновского излучения. Расстояние между атомными плоскостями кристалла = 280 пм. Дифракционный максимум первого порядка наблюдается под углом θ = 65о к атомной плоскости. Определите длину волны рентгеновского излучения λ.

526. На диафрагму с узкой щелью падает нормально плоская монохроматическая световая волна с длиной волны λ = 600 нм. Угол дифракции лучей, соответствующих второму дифракционному максимуму, φ = 30о. Определите ширину щели .

578 нм и λ2 = 580 нм. Определите общее число щелей этой решетки

иее постоянную .

529.Постоянная дифракционной решетки в 4 раза больше, чем длина световой волны монохроматического света λ, падающего нормально на ее поверхность. Определите угол α между первыми симметричными дифракционными максимумами.

530.На дифракционную решетку, постоянная которой = 4 мкм, падает нормально свет с длиной волны λ = 0,58 мкм. Определите

наибольший порядок максимума max, который дает эта решетка, и угол дифракции φ для этого максимума ( max).

531.Пластинку кварца толщиной = 2 мм поместили между параллельными николями, в результате чего плоскость поляризации

монохроматического света повернулась на угол φ = 53о. Какой

105

наименьшей толщины min следует взять пластинку, чтобы поле зрения поляриметра стало совершенно темным?

532.Параллельный луч естественного света переходит из глицерина

встекло так, что луч, отраженный от границы раздела этих сред,

полностью поляризован. Определите угол γ между падающим

ипреломленным лучами.

533.Кварцевую пластинку поместили между скрещенными николями. При какой наименьшей толщине кварцевой пластинки min поле зрения

между николями будет максимально просветлено? Постоянная вращения

кварца α = 27 градмм .

534. При прохождении света в трубке длиной 1 = 20 см, содержащей раствор сахара концентрацией 1 = 10 %, плоскость поляризации света повернулась на угол φ1 = 13,3о. В другом растворе сахара в трубке длиной2 = 15 см плоскость поляризации света повернулась на угол φ2 = 5,2о. Определите концентрацию 2 второго раствора.

535.Луч естественного света проходит последовательно через два поляроида, угол между плоскостями пропускания которых φ = 30о. Принимая, что коэффициент поглощения света в каждом поляроиде

= 0,15, определите, во сколько раз уменьшится интенсивность света, выходящего из второго поляроида, по сравнению с интенсивностью луча, падающего на первый.

536.Угол падения луча на поверхность стекла α = 60о. При этом отраженный луч света максимально поляризован. Определите угол преломления луча β.

537.Угол между плоскостями пропускания двух поляроидов α = 58о. Естественный свет, проходя через такую систему, ослабляется в 8 раз. Пренебрегая потерями света при отражении, определите коэффициент поглощения света в поляроидах .

538.Луч света, идущий в стеклянном сосуде с глицерином,

отражается от дна сосуда. При каком угле падения αБ луча на стекло отраженный луч света будет полностью поляризован?

539.Луч света переходит из жидкости в стекло. Угол падения луча α = 60о, угол преломления β = 50о. Определите угол падения светового

луча αБ, при котором свет, отраженный от границы раздела этих сред, будет полностью поляризован.

540.Луч света падает на плоскопараллельную стеклянную пластинку с показателем преломления = 1,5, нижняя поверхность которой

2,5 кК. Считайте, что поглощательная способность вольфрама = 0,35

ине зависит от длины волны излучения.

542.Температура абсолютно черного тела 1 = 500 К. Какова будет температура тела 2, если в результате нагревания поток излучения увеличится в = 5 раз?

543.Температура абсолютно черного тела = 2 кК. Определите длину волны λm, на которую приходится максимум энергии излучения,

абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится

Максимум энергии излучения приходится на длину волны λm = 0,8 мкм. Определите площадь излучающей поверхности.

547. Как и во сколько раз изменится поток излучения ϕ абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения переместится с красной

которая рассеивается стенками печи, если температура ее внутренней поверхности = 2,0 кК.

принимая, что она излучает как серое тело, имеющее поглощательную

( К)max в джоулях и в электрон-вольтах, если на фотокатод падает свет

сдлиной волны λ = 200 нм.

552.На поверхность калия падает свет с длиной волны λ = 150 нм. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов

( К)max.

553. Фотон с энергией ε = 10 эВ падает на серебряную пластинку и вызывает фотоэффект. Определите импульс , полученный пластинкой,

107

принимая, что скорости движения фотона и фотоэлектрона лежат на одной прямой, перпендикулярной поверхности пластинки.

554. На фотоэлемент с катодом из лития падает свет с длиной волны λ = 200 нм. Определите наименьшее значение задерживающей разности потенциалов min, которую нужно приложить к фотоэлементу, чтобы фототок стал равен нулю.

555. Какова должна быть длина волны λ рентгеновского излучения, падающего на платиновую пластинку, чтобы максимальная скорость

фотоэлектронов max = 3 Мм/с?

556. На металлический фотокатод направлен пучок ультрафиолетового излучения с длиной волны λ = 0,25 мкм. Фототок прекращается, если приложить минимальную задерживающую разность потенциалов min = 0,96 В. Определите работу выхода электронов из металла.

Определите долю энергии фотона, которая расходуется на сообщение электрону кинетической энергии ( К)max.

558.На металлический катод падает рентгеновское излучение с длиной волны λ = 1 нм. Пренебрегая работой выхода, определите максимальную скорость фотоэлектронов max.

559.На металлическую пластинку направлен пучок света с частотой

ν= 7,3 ∙ 1014 Гц. Красная граница фотоэффекта для данного металла λ0 = 560 нм. Определите максимальную скорость фотоэлектронов max.

560.На цинковую пластинку направлен монохроматический пучок света. Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов= 1,5 В. Определите длину волны λ света, падающего на пластинку.

561.Для фотона рентгеновского излучения с длиной волны λ = 0,5 нм найдите энергию ε (в джоулях и электрон-вольтах), массу и импульс .

562.Определите энергетическую освещенность зеркальной поверхности, если давление, оказываемое излучением, = 40 мкПа. Излучение падает по нормали к поверхности.

563.Свет падает по нормали на зеркальную поверхность, находящуюся

на расстоянии = 10 см от точечного изотропного излучателя. При какой мощности излучателя давление света на поверхность = 10 мкПа?

564. На черную поверхность площадью = 6 см2 падает по нормали поток излучения ϕ = 0,8 Вт. Определите давление и силу давления излучения на эту поверхность.

565.Точечный источник монохроматического излучения с длиной волны

λ= 1 нм находится в центре сферической зачерненной колбы радиусом =

10 см. Определите давление света , оказываемое на поверхность колбы, если мощность источника = 1 кВт.

108

566. Давление излучения с длиной волны λ = 40 нм, падающего нормально на черную поверхность, = 20 нПа. Определите число

фотонов , падающих за время = 10 с на площадь = 1 мм2 этой поверхности.

567. Рентгеновское излучение с длиной волны λ = 1 нм рассеивается на практически свободных электронах. Определите максимальную длину волны λmax рентгеновского излучения в рассеянном пучке.

568. Фотон с длиной волны λ = 15 пм рассеялся на свободном электроне. Длина волны рассеянного фотона λ′ = 16 пм. Определите угол

10−22 кгс∙м).

11. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 6

Студент ЗИЭФ решает 7 задач своего варианта, номер которого совпадает с последней цифрой шифра. Номера задач, соответствующих каждому варианту, представлены в табл. 14.

11.1. Таблица вариантов контрольной работы (КР) №6

109

11.2. Рекомендации к решению задач по разделу «Атомная и ядерная физика»

1. В стационарных состояниях атома параметры электрона: радиус круговой орбиты, скорость электрона и его момент импульса, период обращения, энергия электрона, – имеют дискретные значения, которые определяются главным квантовым числом (номер орбиты). Эта

3. Порядок величин параметров электрона в атоме водорода можно оценить по указанным зависимостям и значениям величин для основного

10−13 Дж. Чтобы получить энергию связи св ядра в мегаэлектрон-вольтах (при вычислении по формуле св = ∆ 2), массы атомов из справочной таблицы берут в атомных единицах массы (а.е.м.):

св = 931 ∙ ∆ , МэВ.

5. Рекомендации по выполнению расчетов при решении задач подробно изложены в п. 1.6 (см. с. 12-15).

11.3.ЗАДАЧИ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ №6

601.Для электрона, находящегося на второй орбите ( = 2) атома водорода, определите радиус орбиты 2, момент импульса электрона 2,

атакже направление и величину его скорости 2.

602.Для электрона, находящегося на третьей орбите ( = 3) атома водорода, определите радиус орбиты 3, момент импульса электрона 3,

атакже направление и величину его скорости 3.

603.Для электрона, находящегося на четвертой орбите ( = 4) атома водорода, определите радиус орбиты 4, момент импульса электрона 4,

атакже направление и величину его скорости 4.

604.Для электрона, находящегося на пятой орбите ( = 5) атома водорода, определите радиус орбиты 5, момент импульса электрона 5,

атакже направление и величину его скорости 5.

110